بررسی عددی تاثیر میکروساختارها بر انتقال حرارت و اختلاط مایعات در میکروکانال ها

نیاز به انتقال حرارت بالا از بسته های الکترونیکی و سیستمهای نوری و غیره چالشی در زمینه مدیریت گرمایی ایجاد کرده است. چاه حرارتی میکروکانالی در این زمینه به عنوان یک فاکتور کلیدی در بالا بردن توان پراکنده سازی گرمایی سیستم ها در ابعاد کوچک نقش بسرایی ایفا می کنند. در این مطالعه، جریان سه بعدی آرام آب خنک کننده همراه با انتقال حرارت جابجایی اجباری درون میکروکانال های دارای میکروساختارها مورد بررسی قرار گرفته است. این میکروساختارها مقطع دایروی داشته و ابعاد آنها معین می باشد و به صورت آرایه هایی یک در میان و یا با الگویی مورب در کف کانال تعبیه می شوند. معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم، مومنتم و انرژی هستند. در این تحقیق از نرم افزار فلوئنت برای مطالعه چاه حرارتی میکروکانالی استفاده شده است. بعد از اینکه از صحت نتایج بدست آمده در مقایسه با اطلاعات آزمایشگاهی اطمینان حاصل شد، اثر میکروساختارها بر عملکرد انتقال حرارت چاه حرارتی مطالعه گردید. نتایج نشان می دهد در توانهای پمپاژ بزرگتر از 5/0 وات نرخ انتقال حرارت چاه حرارتی میکروکانالی پره دار از یک چاه حرارتی میکروکانالی ساده ولی بهینه کمتر است. اما در توان پمپاژ کوچک مانند 05/0 وات، حرارت منتقل شده از میکروکانالهای ساده بهینه کمتر از مقدار آن برای چاه حرارتی پره دار می باشد. همچنین نرخ تولید انتروپی در میکروکانال های پره دار بررسی شد و نرخ تولید انتروپی بی بعد به عنوان فاکتور مناسبی برای بهینه کردن چاه حرارتی میکروکانالی پره دار مشخص شد. از دیگر مطالعات صورت گرفته در پژوهش حاضر، بررسی تأثیر چیدمان های مختلف پره های استوانه ای در میکروکانالها بر پدیده اختلاط در ابعاد کوچک می باشد. نتایج نشان دهنده بازدهی اختلاط بالا در میکروکانالهای پره دار با چیدمان یک در میان به ازای اعداد رینولدز مختلف می باشد. در پایان جریان زمانمند اطراف پره های درون کانال مورد مطالعه قرار گرفت.